[发明专利]流体增速末端伸缩直线平夹自适应机器人手指装置

说明书

流体增速末端伸缩直线平夹自适应机器人手指装置，属于机器人手技术领域，包括基座、两个指段、两个关节轴、驱动器、多个连杆、第二指段表面罩、传动机构和一个簧件等。该装置实现了机器人手指直线平行夹持与自适应抓取的功能。该装置根据物体形状和位置的不同，能保持第二指段的姿态直线平动第二指段去夹持物体，还能在第一指段接触物体之后，自动转动第二指段去接触物体，达到自适应包络不同形状、尺寸物体的目的；抓取范围大，抓取稳定可靠；利用一个驱动器驱动两个指段；该装置结构简单，加工、装配和维修成本低，适用于机器人手。

技术领域

本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种流体增速末端伸缩直线平夹自适应机器人手指装置的结构设计。

背景技术

随着智能技术的发展，机器人技术成为当今的研究热点，机器人手也引起越来越多的关注，在此方面的研究成果也越来越多。为了协助机器人在特殊情况下完成更多的任务，人们开发了多种多样的机器人手，例如灵巧手、特种手、钳状手(工业夹持器)等。空间的物体多种多样、大小不一，有薄的纸张、形状不规则的石头、较大的球体等，物体具有六个自由度，机器人手在抓住物体的同时需要限制物体的六个自由度才能稳定的抓住物体。为了协助机器人完成更多的任务，机器人手需要能够最大限度的适应抓取多种不同形状尺寸的物体。

为此，人们开发了多种多样的机器人手，例如灵巧手、特种手、钳状手(工业夹持器)等。研制能像人手一样灵活，能够抓取多种多样的物体，完成各种任务的机器人手一直是科学工作者的共同目标。机器人手的研究开始以灵巧手为主，每个手指关节各设置驱动器，但控制复杂，且抓持力较小，灵巧手的应用受到极大地限制。

适应物体表面抓取主要采用各手指表面对物体表面的作用力与物体受到的外力达到力学平衡，进而物体达到静力平衡状态的方式，使得物体静止，从而实现对物体的抓取。其对物体的作用力大小取决于物体与手指接触表面作用力和物体所受的外力等。由于不需要较大的摩擦力与物体受到的外力平衡的过程，适应物体表面抓取模式下各手指表面对物体表面的作用力远小于工业夹持器对物体表面的作用力，适应物体表面抓取也被称为强力抓取。

自适应抓取模式是指采用柔性关节或弹簧等部件使得机器人手指在抓取物体时各指段能够根据物体表面发生相对运动，达到自适应物体表面包络抓取物体效果的抓取模式，例如SARAH手和Southampton手就是采用自适应抓取模式。

现有的灵巧手和欠驱动手能够实现适应物体表面抓取模式。灵巧手虽然在动作过程中拟人程度高，能够完成适应物体表面抓取，但其成本较高，控制复杂，需要经常进行维护。现有的灵巧手关节驱动器(如电机、空气肌肉等)产生的驱动力较小，而灵巧手各指段的运动由灵巧手关节驱动器直接驱动，使得灵巧手负载能力较弱，这些使得灵巧手不能广泛的投入生产实践和日常生活中。

为此，欠驱动拟人机器人手应运而生，欠驱动手是驱动器数目少于关节自由度的机器人手，加拿大Laval大学较早的提出了欠驱动机器人手理论和一种经典的四连杆-弹簧结构的欠驱动机器人手。理论和实践证明，欠驱动机器人手由于驱动器较少控制简单，抓取力大，结构紧凑，具有很高的应用价值。此后，涌现了大量关于欠驱动手的研究成果，欠驱动手也被大量投入生产实践。

例如，已有的一种欠驱动两关节机器人手指装置(中国发明专利CN101234489A)，包括基座、电机、中部指段、末端指段和平行带轮式传动机构等。该装置实现了双关节欠驱动手指弯曲抓取物体的特殊效果，具有自适应性。该欠驱动机械手指装置的不足之处在于：手指在未碰触物体前始终呈现伸直状态，抓取方式主要为握持方式，难以实现较好的末端平行夹持抓取效果。但对于体积小的物体，由于物体表面小，而欠驱动机器人手指的每个指段的长度相对于物体表面来说又过长，难以自适应物体的表面，此时平行夹持就取得了明显的优势。